Використання природоохоронних технологій при переробленні осадів стічних вод

Скачати

 

Найбільшою мірою якість природних вод змінюється в результаті забруднення їх стічними водами промислових підприємств та комунального господарства, а також від поверхневого стоку з територій населених пунктів, промислових об'єктів, транспортних шляхів та сільськогосподарських угідь. Забруднення води відбувається внаслідок надходження у водойми з стічними водами різних шкідливих домішок неорганічної (кислоти, мінеральні солі, луги тощо) й органічної природи (нафта й нафтопродукти, органічні сполуки, поверхнево-активні речовини, миючі засоби, пестициди тощо). Крім того, стічні води, що містять розчинні органічні речовини або суспензії органічного походження, сприяють зниженню вмісту О2 у воді. Особливої шкоди завдають нафта й нафтопродукти, які утворюють на поверхні води плівку, що перешкоджає газообміну між водою й атмосферою та знижує вміст кисню у воді. Осідаючи на дно водойм, органічні суспензії замулюють його і затримують або повністю припиняють життєдіяльність мікроорганізмів, що беруть участь у самоочищенні.
Кількість хімічних забруднювачів води постійно зростає і досягає зараз близько 1000 різновидів. Шкідлива дія багатьох з них має пролонгований вплив, тобто їхня дія виявляється в наступних поколіннях живих істот і полягає в появі шкідливих мутацій, генетичних розладах тощо. Крім хімічного відбувається ще і фізичне забруднення води пов’язане із зміною її фізичних властивостей – прозорості, вмісту суспензій та інших нерозчинних домішок, радіоактивних речовин і температури.
Серед біологічних забруднювачів перше місце посідають комунально-побутові стоки, особливо коли вони надходять у водойми без очищення. Проте навіть за наявності очисних споруд деяка кількість вірусів, бактерій тощо все ж не затримується фільтрами й потрапляє у водойми. Промисловими біологічними забруднювачами є підприємства шкірообробної промисловості, м’ясокомбінати, цукрові заводи.
Неочищені або недостатньо очищені стічні води, потрапляючи в природні водойми, мають здатність до самоочищення. Самоочищення відбувається внаслідок розбавлення стічних вод, випадання в осади твердих забруднювачів, хімічних й інші природних процесів, що призводять до видалення з водойми забруднювачів і сприяють поверненню води до її первісного стану. Проте здатність водойм до самоочищення має свої межі.
Метою курсової роботи є аналіз використання природоохоронних технології при переробленні осадів стічних вод та розробка пропозицій щодо поліпшення ситуації і зменшення викидів у навколишнє середовище.


1 СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД

Стічні води – це води, які внаслідок використання їх на побутові або виробничі потреби суттєво погіршили свої первинні властивості, стали непридатні на такі потреби, в також негативно впливань на гідросферу. До них також відносяться води, які стікають з територій населенних місць, промислових підприємств і сільськогосподарських полів внаслідок випадання атмосферних опадів.
Найбільш широко розповсюдженим видом забруднень стічних вод є нерозчинні домішки або, як їх часто називають, завислі речовини.
Відносна кількість завислих речовин в 1 л стічних вод коливається в надзвичайно широких межах – від 0,005 до 0,5% її маси. По розмірах і густині окремих частин нерозчинні домішки дуже (надто) різноманітні, особливо велика їх різноманітність у виробничих стічних водах.
Забруднені домішки, що надходять у водоймища, поділяють на мінеральні, органічні і біологічні.
До мінеральних належать: пісок, глина, золи і шлаки, розчини і емульсії солей, кислот, лугу і мінеральних масел та інших неорганічних сполук. Ці домішки погіршують фізико-хімічні та органолептичні властивості води, отруюють фауну водоймищ, сприяють замуленню водоймищ [1].
Органічні забруднення містять різні речовини рослинного і тваринного походження (рештки рослин, овочів, плодів тощо). До цієї групи відносять також смоли, феноли, барвники, спирти, альдегіди, органічні сполуки, які вміщують сірку і хлор, різні пестициди, що змиваються у водоймища із сільськогосподарських угідь, синтетичні активні речовини та ін.
Біологічні забруднення (хвороботворні бактерії і віруси, збудники інфекцій) потрапляють у водоймища з побутовими стічними водами і стоками деяких виробництв, у тому числі і з виробництва тваринницької продукції.
Використання таких природних вод для пиття, купання, миття посуду, овочів, фруктів призводить, як правило, до захворювання холерою, інфекційним гепатитом, дезинтеріею, черевним тифом, різними видами гельмінітів та ін.
Найнебезпечнішим для природних вод, здоров'я людей, тварин і риб в забруднення водоймищ різними радіоактивними відходами. У організмах рослин, риб і тварин відбуваються процеси біологічної концентрації радіоактивних речовин. Дрібні організми, що містять ці речовини в невеликих дозах, поглинаються більшими, в яких уже виникають небезпечні концентрації. Тому окремі прісноводні риби в декілька тисяч разів радіоактивніші за водне середовище, в якому вони живуть. У зв'язку з цим усі стічні води з радіоактивністю понад 100 Кі/л зливають у спеціальні підземні резервуари чи закачують у глибокі підземні безстічні басейни.
Застосовується також обезводнювання з наступним виготовленням "блоків" і їх захороненням у відповідних місцях.
Шкідливі речовини забруднюють природні води, завдають великої шкоди природі і економіці. Вони порушують екологію водоймищ, скорочують їх біологічні ресурси [1].
У нашій країні умови функціонування водних об'єктів регламентуються водним законодавством та іншими правовими актами. У них сформульовано вимоги до стану водних об'єктів. Вони зросли у зв'язку з поглибленням знань з екології, соціології, економіки, техніки та ін. Охорона водних об'єктів забезпечується системою організаційних, технічних, економічних, юридичних та меліоративних заходів, спрямованих на запобігання наслідкам забруднення, засмічення, виснаження та їх усунення.
Основні принципи охорони вод викладені в "Санитарных правилах и нормах охраны поверхностных вод от загрязнений" (1968). У них чітко сформульовано вимоги до умов скидання стічних вод у водоймища, приведені уточнені нормативи якості води, що скидається у водоймища; у спеціальному параграфі зазначається, що при скиданні стічних вод у межах міста або населеного пункту, це місто чи населений пункт є першим розрахунковим пунктом водокористування; приведені умови відведення стічних вод у водоймища, порядок контролю за ефективністю очищення, знезараження і знешкодження стічних вод [2].
Згідно з Правилами вимоги до складу і властивостей води водних об'єктів поблизу пунктів господарсько-питного (І категорія) і культурно-побутового (II категорія) водокористування, такі:

  • вміст завислих речовин після скидання стічних вод не повинен збільшитися більше як на 0,25 мг/л для господарсько-питного водокористування, а також для водопостачання харчових підприємств і на 0,75 мг/л для культурно-побутового водокористування;
  • на поверхні водоймищ не допускається утворення плаваючих плівок, плям мінеральних масел та інших домішок;
  • вода має бути без сторонніх запахів і присмаку;
  • кількість розчинного кисню у воді повинно бути не менше 4 мг/л в любий час року в пробі, взятій о полудні при температурі 20°С;
  • біохімічна потреба в кисні (БПК), тобто кількість кисню витрачуваного на біохімічне окислення органічних речовин, при температурі 20° С не повинна перевищувати 3 мг/л і 6 мг/л для водоймищ і водогонів відповідно першої і другої категорій;
  • при скиданні у водоймище суміші виробничих і побутових стічних вод реакція рН (водневий показник) не повинна виходити за мені 6,5...8,5;
  • не допускається вміст у водоймищі отруйних речовин здібних виявити шкідливу дію на людей і тварин;
  • вода не повинна вміщували збудників хвороби;
  • підвищення температури в водойми чи водотоці при спусканні в нього стоків допускається не більше як на 3°С (порівняно з максимальною температурою води в літній період);
  • мінеральний склад сухого залишку не повинен бути більше 1000 мг/л (в тому числі хлоридів – 350 мг/дм3 і сульфатів – 500 мг/дм3).

Підприємства, організації та заклади, діяльність яких впливає на стан вод, зобов’язані здійснювати заходи, які б забезпечували охорону вод від забруднень, а також поліпшували їх стан [8].
Кардинальним вирішенням проблеми захисту водних ресурсів від промислового забруднення на сьогодні є комплекс природоохоронних технологій, а саме:

  • утворення безвідходних і маловідходних виробництв;
  • улаштування зворотних та замкнутих систем водопостачання;
  • скорочення чи припинення надходження домішок в стічні води шляхом упорядкування чи зміною технологічних процесів виробництв;
  • ліквідація відвалів виробничих і побутових відходів, з яких продуктом відходів змиваються поверхневим чи дренажним стоком; очистка стічних вод;
  • закачування в глибокі поглинаючі горизонти стічних вод, до яких поки ще не знайдено ефективного способу очищення.

Великого значення надається комплексу заходів по запобігання забруднення водоймищ добривами пестицидами та відходами тваринницьких комплексів.
Розрахунок необхідного ступеню очищення стічних вод, які спускаються у водоймища, проводиться по слідуючих показниках:

  • по кількості завислих речовин;
  • вмісту розчиненого у воді водоймища кисню;
  • допустимої температури стічних вод;
  • зміні значення величини активної реакції рН;
  • по вмісту шкідливих речовин [8].

Велика кількість різних забруднень у виробничих стічних водах обумовлює і численні способи, методи і технологічні схеми, які використовуються при їх очищенні.
Нині широко застосовуються механічне, фізико-хімічне та біологічне очищення стічних вод.
Механічне очищений полягає в проціджуванні стічної води через решітки, уловлювання піску в пісколовках і освітленні води в первинних відстійниках. Забруднення, задержані на решітках; дробляться на спеціальних дробарках і повертаються в потік очищуваної води до або після решіток. Ці забруднення можна відправляти і на зброджування в метантанки. Осад з пісколовок складається в основному з піску. Його обробка звичайно полягає в обезводнювання на піскових майданчиках. Тверда фаза осаду, який утворився у відстійниках, переважно має органічне походження, в зв'язку з чим осад направляється на зброджування в метантенки [10].
Біологічне очищення стічних вод на біологічних фільтрах здійснюється аеробними мікроорганізмами, які розвиваються на фільтруючій загрузці споруд у вигляді так званої біологічної плівки. Вона періодично відмирає і виноситься з очищеною водою. Для її уловлювання застосовують вторинні відстійники. З метою зниження ступеня забруднення води, яка поступає на біологічні фільтри, частику очищеної вода повертають для розбавлення неочищеної (рециркуляція води).
Механічне очищення передбачає відокремлення нерозчинних речовин у процесах відстоювання, фільтрування і центрифугування, його застосовують у випадках, коли стічні води після проходження через вищезазначене устаткування можуть бути використані Для потреб виробництва, та як попередній при використанні інших засобів очищення [15].
Хімічні та фізико-хімічні засоби застосовуються для очищення виробничих стічних вод від колоїдних і розчинних речовин забруднення. Це такі:

  • коагулювання з введенням у стічні води речовин – коагулянтів, здатних прискорити видалення з них нерозчинної і частини розчинної речовини забруднення;
  • нейтралізація з введенням у стічні води речовин з кислою або лужною реакцією з метою забезпечення в них водневого показника в межах 6,5 ....8,5 рН.

При фізико-хімічному очищенні використовуються такі методи:

  • сорбція – здатність деяких речовин поглинати або концентрувати на своїй поверхні речовини забруднення, що містять у собі стічні води;
  • екстракція – введення в стічні води речовини, яка б не зміщувалась з ними, але могла вилучати забруднення, що в них містяться;
  • флотація – пропускання через стічну воду повітря, бульбашки якого, рухаючись вгору, підхоплюють речовини забруднення;
  • евапорація – пропускання через нагріту стічну воду водяної пари для відгону забруднюючих легких речовин;
  • іонний обмін – вилучення із розчинених аніонів і катіонів у стічних водах забруднень іонітами (наприклад, штучних іонообмінних смол);
  • електродіаліз – пропускання струму через електроди, що розміщені у стічних водах. Це сприяв розчиненню матеріалу -   електродів у воді і утворенню пластівців коагулянту, осаджуючих забруднення стічних вод;
  • реагентний метод використання флокулянтів, які сприяють більш повному очищенню стічних вод у первинних і підвищують ступінь їх освітлення у вторинних відстійниках. Застосовують їх для очищення стічних вод і підвищення ступеню ущільнення активного мулу, внаслідок чого використання флокулянтів дає змогу значно підвищити навантаження аеротенків [16].

Ефективним заходом очищення стічних вод є також озонування, позитивна якість якого полягає у здатності руйнування забруднень, що не окисляються при біохімічному очищенні.
Біохімічне очищення базується на здатності деяких мікроорганізмів використовувати для свого розвитку органічні речовини, що містяться в стічних водах у колоїдному і розчиненому стані. Цей спосіб застосовується після очищення стічної води від мінеральних і нерозчинних органічних речовин. Він дає змогу майже повнієте видалити забруднення органічного походження. Біохімічне очищення проводять у природних (на полях зрошення фільтрації або в біологічних ставах) і штучних умовах (в біологічних фільтрах, аеротенках, окислювальних каналах та інших типах окислювачів).
Виробничі і побутові стоки, що пройшли біологічне очищення, втрачають більшу частину бактерій, які в них містяться, але повністю вони можуть бути знищені тільки за допомогою дезінфекції – хлоруванням, електролізом, використанням бактерицидного промелю тощо.
Одним із методів, що збільшує ефективність біохімічного розкладання, є мікробний, який полягає у спеціальному вирощуванні мікроорганізмів, адаптованих до високих (на кілька порядків вище за середніх) концентрацій токсичних і важкоокислюваних вод, речовин, внаслідок чого процес очищення стічних вод стає ефективнішим. Перспективним є також підвищення фізіологічної активності мікроорганізмів різними хімічними мутагенами.
Вибір методу і технологічної схеми очищення стічних вод залежить від характеру та кількості забруднень, їх подальшого використання, необхідного ступеню очищення тощо.
На рис. 1.1 показана розповсюджена схема очищення побутових стічних вод і суміші побутових і виробничих стічних вод в разі використання для біохімічного очищення біологічних фільтрів. По такій схемі проектують очисні станції на середній витраті води від 5 до З0 тис. м3/доб.
Стічні води механічно і біохімічно очищаються, а потім дезінфікуються. Осад зброджують в метантанках, а обезводнюють і сушать на мулових майданчиках [15].
Осад із вторинних відстійників також направляють в метантенки. Для дезінфекції води використовують хлор. Приготовлену в хлораторній хлорну воду змішують з очищеною водою.
Обеззараження води відбувається в контактних резервуарах.
При зброджуванні осаду в метантанках утворюється газ, основою якого є метан. Цей газ використовують на потреби станції, в току числі для підігріву осаду в метантенках [13].
Сутність процесу біологічного очищення стічних вод полягає в тому, що в процесі фільтрації через ґрунт або зернисте середовище органічні забруднення затримуються в ньому, утворюючі біологічну плівку, населену великою кількістю мікроорганізмів. Плівка адсорбує колоїдні і розчинені речовини, дрібні суспензії і вони за допомогою аеробних бактерій в присутності кисню повітря перетворюються в мінеральні сполуки. Атмосферне повітря добре проникає у ґрунт на глибину 0,2-0,3 м, де і здійснюється найбільш інтенсивне біохімічне окислювання.

Рисунок 1.1 – Схема механічного і біологічного (на біологічних фільтрах) очищення стічних вод.

 

Споруди для очищення стічних вод розташовують таким чином, що вода проходить їх послідовно. У спорудах для механічного очищення спочатку затримують найбільш важкі і крупні завислі речовини, а потім відділяють основну масу нерозчинених забруднень. Далі у спорудах для біохімічного очищення видаляють тонкі суспензії, що залишились, колоїдні і розчинені забруднення. Після цього виконують обеззаражування стічних вод.


2 ПРИРОДООХОРОННІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРИ ПЕРЕРОБЛЕННІ ОСАДІВ СТІЧНИХ ВОД

При механічному очищенні із стічної води видаляються забруднення, які знаходяться в ній, головним чином, в нерозчинному і частково колоїдному стані. Великі частки сміття, ганчірки, напір, залишки овочів і фруктів та різні виробничі відходи задержуються решітками. Покидьки, задержувані на решітках, направляються в дробарки. Застосовуються також решітки-дробарки, в яких одночасно задержуються і роздрібнюються великі покидьки.
Основна маса забруднень мінерального походження (пісок), питома вага частинок яких значно вища питомої ваги води, осаджується в пісколовках. Пісок з пісколовок направляється звичайно у вигляді піщаної пульпи на піщані майданчики, де він збезводнюється і періодично видаляється.
Забруднення органічного походження, які знаходяться в завислому стані, виділяються із стічних вод у відстійниках. Речовини, питома вага яких більша питомої ваги води, осідають на дно. Речовини більш легкі, як вода (жири, масла, нафта, смоли), випливають на поверхню і їх відділяють від стічної рідини.
До споруд механічного очищення відносяться: осередники, гідроциклони, центрифуги, двохярусні відстійники і освітлювачі – перегнивачі, з допомогою яких вода освітлюється, а також обробляється випавший осад. Механічне очищення стічних вод являється остаточною стадією в тому випадку, коли по місцевих умовах і у відповідності з санітарними правилами стічні води можна спустити після дезінфекції у водоймище. Частіше ж механічне очищений – попередня стадія перед біологічним очищенням.

2.1 Механічне очищення

Решітки – це перший пристрій в схемі очисних споруд. Вони мають вигляд закріплених на рамі металевих стержнів з просвітами різної ширини (просвіт) в залежності від необхідного ступеню очищення. Стержні решіток бувають прямокутними, рідше – круглими. Решітка встановлюється вертикально чи похило на шляху руху стічних вод. Кут нахилу решітки до горизонту складає 60 – 80°.
Решітки бувають рухомі і нерухомі, а по способу їх очищення від задержаних забруднень – найпростіші і механізовані.
Найпростіші решітки (рис. 2.1) встановлюють при кількості задержуваних забруднень менше 0,1 м3/добу. Їх очищають вручну металевими граблями. Домішки скидають на дренуючі площадки або дірчасті жолоби, а потім вивозять в закритих контейнерах в спеціально відведені місця і знезаражують [14].

Рисунок 2.1 – Схема найпростішої решітки:
1 – решітка; 2 – настил; 3 – підвідний канал; 4 – відвідний канал

 

Концентрація забруднень в стічних водах може сильно коливатися в часі. Ці коливання обумовлені технологічним процесом і можуть бути: циклічними, довільними, залповими. Впливають також вид і кількість завислих речовин.
Для поліпшення роботи очисних споруд проводиться осереднення витрат і концентрації забруднень стічних вод в контактних чи проточних осередниках. При невеликих витратах і періодичному водоскиді використовуються контактні осередники. Частіше приміняються проточні осередники, які залежно від характеру змішування води, бувають:

  • багатоканальні,
  • з механічним переміщуванням стічних вод,
  • барботажні [16].

В багатоканальних осередниках осереднення відбувається за рахунок диференціювання потоку, який при вході ділиться на декілька струменів, протікаючих по каналах різної довжини. Внаслідок у збірному лотку зміщуються струмені води різної концентрації.
В осередниках з механічним перемішуванням стічних вод осереднення проводиться спеціальними мішалками або циркуляцією води в резервуарах, створювану насосами. Такі осередники використовуються для осереднення стічних вод з вмістом завислих речовин більше 500 мг/л.

Рисунок 2.2 – Схема багатоканального осередника:
1 –  приймальна камера; 2 – розподільний лоток; 3 – данні випуски і бічний водозлив; 4 – канали; 5 – система гідрозмиву; 6 – видалення осаду гідроелеваторами; 7 – камера осереднених вод; 8 – акумулююча ємність;
9 – водозлив

В барботажних осередниках змішування води відбувається барботуванням її повітрям. Вони використовуються для осереднення стічних вод з вмістом завислих речовин до 500 мг/л.

Рисунок 2.3 – Схема осередника з повітряним барботером:
І – об'єм для осереднення по концентрації; II – об'єм для осереднення по витратах; ІІІ – випускна камера; 1 – подаючий розподільний лоток; 2 – барботер; 3 – випускний пристрій; 4 – поплавок

Осередники звичайно розміщують після відстійників або я обладнують їж відстійною частино. Кількість осередників чи їх відділень повинно бути не менше двох, причому всі повинні бути робочими.
Однією з найпростіших і стародавніх споруд, працюючих па принципу відстоювання, є пісколовки. Вони використовуються для задержування важких нерозчинних домішок (переважно піску) при продуктивності очисних споруд понад 100 м3/доб, що полегшує роботу наступних послідовно з'єднаних очисних споруд. Разом з мінеральними домішками в пісколовках відстоюються речовини органічного походження, гідравлічна крупність яких близька до гідравлічної крупності піску. Кількісне співвідношення між задержаними мінеральними і органічними речовинами залежить від категорії стічних вод і від умов експлуатації піоколовок. При очищенні побутових стічних вод пісколовки задержують частинка діаметром 0,25 мм і більше.. Кількість органічних речовин в задержаній масі складає 15...20% [11].
Залежно від направлення основного потоку стічної води пісколовки бувають (рис. 2.5):

  • горизонтальні, а яких вода рухається в горизонтальному напрямку, з прямолінійним чи круговим рухом;
  • вертикальні, в яких вода рухається вертикально уверх;
  • аераційні і тангенціальні з гвинтовим (поступально-обертальним) рухом води.

Горизонтальні і аераційні пісколовки використовуються при витратах води більше 10000 м3/добу. Тангенціальні пісколовки рекомендується застосовувати при витратах води до 50000 м3/доб. Вертикальні пісколовки працюють неефективно і використовуються у виняткових випадках.
Видалення задержаного піску з пісколовок необхідно передбачати: вручну – при об'ємі його до 0,1 м3/доб; механічним чи гідравлічним методом – при об'ємі його більше 0,1 м3/доб.
Відстійники застосовують для попереднього очищення, стічних вод, якщо по місцевих умовах необхідне їх біологічне очищення, або як самостійна споруда, якщо по санітарних умовах цілком достатньо виділити із стічних вод тільки механічні домішки.
В залежності від призначення відстійники діляться на первинні, які встановлюються до споруд біологічної обробки стічних вод, і вторинні, які встановлюються після цих споруд.
По конструктивних ознаках відстійники підрозділяють на:

  • горизонтальні (рис. 2.6) – вода рухається горизонтально уздовж відстійника;
  • вертикальні (рис. 2.7) – вода рухається знизу вверх;
  • радіальні (рис. 2.8) – вода рухається від центру до периферії;
  • спеціальні (для виділення важких домішок, для виділення легких домішок тощо) [22].

Тип відстійників необхідно вибирати з врахуванням продуктивності станцій очищення стічних вод, а саме; до 20000 м3/доб – вертикальні, більше 15000 м3/доб – горизонтальні; більше 20000 м3/доб – радіальні; до. 30000 м3/доб – освітлювачі-перегнивачі; до 10000 м3/доб – двохярусні. Число відстійників необхідно приплати: первинних – не менше двох; вторинних – не менше трьох при умові, що всі вони робочі. При мінімальній кількості розрахунковий об'єм відстійника збільшують в 1,2...1,3 рази. Відстійники, крім вторинних, після біологічного очищення розраховують по кінетиці випадіння завислих речовин з врахуванням необхідного ефекту освітлення.

 

Рисунок 2.4 – Схема горизонтального відстійника:
а) – розріз; б) – план; 1 – підвідний лоток; 2 – розподільний лоток; 3 – напівзанурені дошки; 4 – збірний лоток; 5 – відвідний лоток; 6 – лоток для збирання і видалення плаваючих речовин; 7 – трубопровід для видалення осаду


Рисунок 2.5 – Схема вертикального відстійника:
1 – вихід очищеної води; 2 – перегородка; 3 – водозбірник очищеної води; 4 – трубопровід для видалення осаду; 5 – трубопровід для стічної води; 6 – корпус відстійника; 7 – відбивне кільце; 8 – шламозбірник

 

Для прискорення механічного очищення стічних вод застосовують безнапірні (відкриті) і напірні гідроциклони, в яких для виділення забруднень використовується дія відцентрової сили.
На рис. 2.6 показана схема відкритого гідроциклона. За рахунок тангенціальної подачі води в апарат вона набуває завихренного руху. Тверді частинки домішок (при умові, що їх густина більша густини води) під дією відцентрових сил інерції притискаються до внутрішніх стінок циліндричної частини апарату, і, втрачаючи свою кінетичну енергію внаслідок тертя зі стінками, "сповзають" по них в конічну частину, звідки видаляються через шламовідвідну трубу 2.
Очищена вода зливається в кільцевий лоток 6 у верхній частині, а з нього видаляється через зливну трубу 3.
На рис. 2.6 показана схема відкритого гідроциклона з конічною діафрагмою і внутрішнім циліндром. Крім цього випускаються гідроциклони без внутрішніх перегородок, з конічною діафрагмою, багатоярусні з центральними випусками і багатоярусні з периферійним відбором очищеної води.
Відкриті гідроциклони застосовуються для виділення із стічних вод осідаючих і грубодисперсних спливаючих домішок гідравлічною крупністю більше 0,2 мм/с [12].


Рисунок  2.6 – Схема відкритого гідроциклона;
1 – водоподаюча труба; 2 – шламовідвідна труба; З – зливна труба; 4 – напівпогружена кільцева стінка; 5 – кільцевий водозлив; 6 – кільцевий водозбірний лоток; 7 – конечна діафрагми; 8 – внутрішній циліндр

 

Видалення осаду (шламу) з відкритих гідроциклонів необхідно передбачати безперервне під гідростатичним тиском, гідроелеваторами або механізованими засобами.
Спливаючі домішки, масла і нафтопродукти необхідно задержувати напівпогруженою перегородкою.
Напірні гідроциклони застосовується для виділення тільки осідаючих агрегатостійких грубодисперсних домішок. В них очищена вода виводиться через осьову трубу, прикріплену до кришки циліндричної частини апарата.
Проектування напірних гідроциклонів проводиться при наявності даних про характеристику стічних вод і механічних забруднень.
Для очищення виробничих стічних вод з вмістом спливаючих домішок (жири, нафтопродукти, смоли) використовуються, відповідно, жиро-, нафто-, смолоуловлювачі. Вони представляють собою прямокутні, витягнуті в довжину резервуари, в яких за рахунок різниці густини домішок і води відбувається їх розділення. Домішки випливають на поверхню, де відділяються від стічної води і за допомогою різних пристроїв видаляються в спеціальні резервуари, подібні відстійникам.
Нафтоуловлювачі використовують для задержування грубодисперсних нафтових частинок при концентрації їх в стічних водах більше 100 мг/л. Розраховуються вони аналогічно горизонтальним відстійникам з урахуванням кінетики спливання нафтових частинок [15].
При відсутності даних по кінетиці спливання допускається застосовувати: гідравлічну крупність (швидкість спливання частинок)  мм/с, середню розрахункову швидкість в проточній частині  мм/с. Кількість задержаних частинок при цьому складав: 70% при  мм/с, 60% при  мм/с.
Згідно з [15] необхідно приймати: глибину протічної частини  м; відношення довжина до глибини – від 15 до 20; ширину секції 3...6 м; число секцій – не менше 2; шар спливаючих нафтопродуктів 0,1 м; шар осаду – до 0,1 м; вологість свіжого осаду 95%; об'ємну вагу 1,1 тс/м3; вологість осаду 70%, кількість задержаного осаду по сухій речовині 80..120 = на 1 м3 стічних вод.
Необхідно передбачати пристрій для збору спливших нафтопродуктів і видалення осаду. При нормальній експлуатації в нафтоловушках задержується до 98% нафтопродуктів. Залишкова кількість нафти може досягати 100 мг/л, тому води необхідно направляти на біологічне очищення.

2.2 Біологічне очищення стічних вод

Повне видалення із стічних вод органічних забруднень практично можливе тільки шляхом їх біологічного очищення, основаного на використанні життєдіяльності мікроорганізмів, окислючих органічні речовини, які знаходяться в стічних водах в колоїдному чи розчиненому станах. Таким чином, біологічне очищення являється другим ступенем в процесі очищення стічних вод.
Споруди біологічного очищення, на які стічні води попадають після механічного очищення, можуть бути поділені на дві основні групи:
1. Споруди, в яких очищення здійснюється в умовах, близьких до природних,
2. Споруди, в яких очищення здійснюється в штучно створених умовах.
 До першої групи відносяться поля фільтрації, поля зрошення, поля підземної фільтрації, піщано-гравійні фільтри і фільтрувальні траншеї, септики, фільтрувальні колодязі і біологічні ставки. Відстояні стічні води очищаються на них досить повільно за рахунок запасу кисню в грунті і воді, а також внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів – мінералізаторів, окислюючих органічні забруднення.
 До другої групи споруд відносяться біологічні фільтри, аеротенки і циркуляційні окислювальні канали. В цих спорудах штучно створюються умови, при яких процеси очищення стічних вод відбуваються значно інтенсивніше.
 Штучне біологічне очищення стічних вод застосовується тоді, коли по місцевих умовах, санітарних вимогах чи по техніко-економічних показниках біологічне очищення в природних умовах виявляється недоцільним [16].
Поля фільтрації – це ділянки землі, призначені для повного біологічного очищення попередньо освітлених стічних вод. Застосовуються в окремих випадках при наявності непридатних для сільськогосподарського використання земельних ділянок з фільтруючими ґрунтами (пісок, супісок, легкий суглинок), при відсутності небезпеки забруднення ґрунтових вод, які використовуються для пиття .
Стічна вода Подається на окремі ділянки, розміром (100...150 х 400... 1000) м, по системі відкритих лотків чи каналів.
Збір і відвід профільтрованої води здійснюється за допомогою дренажа, який може бути у вигляді каналів по периметру ділянок (карт) чи закритим за допомогою дренажних труб, укладених на глибині 1,5...2 м.
Поля фільтрації для очищення виробничих стічних вод знаходять обмежене використання. Їх можна влаштовувати при невеликій кількості стічних вод, в яких відсутні токсичні для мікрофлорі домішки [15].
Поля зрошення – це спеціально підготовлені і сплановані ділянки, на яких вирощують сільськогосподарські культури, а для зрощення і удобрювання використовуються стічні води після повного біологічного очищення.
Стічні води по поверхні ділянок (карт) розподіляються у відповідності з вирощуваними на них сільськогосподарськими культурами: в борозни між рядами чи поливом по полосах.
Суть процесу біологічного очищення стічних вод на полях фільтрації і зрошення полягає в тому, що в процесі фільтрування через грунт органічні забруднення стічних вод задержуються на ньому, утворюючи біологічну плівку, населену великою кількістю мікроорганізмів. Ця плівка адсорбує колоїдні і розчинені речовини, які за допомогою аеробних бактерій в присутності кисню повітря перетворюються в мінеральні з'єднання. Атмосферне повітря, добре проникає в грунт на глибину 0,2...0,4 м, де і відбувається найбільш інтенсивне біохімічне окислення.
Землеробські поля зрошення рекомендуються при витратах стічних вод до 5000 – 10000 м/доб. Поля розміщуються на ділянках з спокійним рельєфом місцевості і повинні мати постійний уклін від 0,0005 до 0,02. Рівень ґрунтових вод не повинен перевищувати 2 м. Найбільш підходять піщані або супіщані ґрунти.
Загальна концентрація солів в стічній воді не повинна перевищувати 2 г/л.
Навкруги полів по периметру висаджуються лісозахисні смуги шириною 10, а між полями і населеними пунктами – 30 м.
При визначенні необхідної площі полів зрошення і полів фільтрації виходять з норми навантаження, тобто об'єму стічної води, яка може бути подана на 1 га площі полів за визначений проміжок часу. Норми навантажування залежать від багатьох факторів: структури і фільтрувальної здібності ґрунтів, їх окислювальної потужності; від типу полів і виду вирощуваних на них культур; характеру і концентрації забруднень стічних вод; від кліматичних умов і гідрологічної характеристики місцевості (таблиця 3.1).

Таблиця 3.1– Норми навантаження на поле фільтрації


Ґрунти

Середньорічна температура повітря, С°

Навантаження на поле фільтрації м³/га·доб, при заляганні ґрунтових вод на глибині м,

1,5

2

3

Легкі суглинки

0-3, 5
3,6-6,0
6,1-11,0
Більше 11,0

-
-
-
-

55
70
75
85

60
75
85
100

Супіски

0-3, 5
3,6-6,0
6,1-11,0
Більше 11,0

80
90
100
120

85
100
110
130

100
120
130
150

Піски

0-3, 5
3,6-6,0
6,1-11,0
Більше 11,0

120
150
160
180

140
175
190
210

180
225
235
250

 

Споруди підземної фільтрації застосовуються для  очищення невеликої кількості (до 12 м³/доб) стічних вод.
Стічну воду від будинку чи групи будинків направляють для попереднього освітлення в септик (рис. 3.1). Освітлена вода через дозовану камеру і розподільний колодязь поступає в фільтруючі колодязі або дренажні труби, розташовані вище рівня ґрунтових вод не менше як на 1 м. Через незагерметизовані стики і пропили труб або отвори в стінках колодязя освітлена вода попадає в ґрунт, де відбувається подальше її очищення [14].
Септик представляє собою підземну споруду, в якій стічні води протікають з малою швидкістю. При цьому завислі речовини випадають в осад, а рідина освітлюється на протязі 1...4 діб.
Розрахункові об'єми септиків необхідно приймати з умов їх очищення не менше 1 разу в рік, а також від витрат стічних вод: до 5 м³/доб – не менше 3 – кратного протоку; більше 5 м³/доб – не менше 2,5 – кратного протоку.
При витратах стічних вод до 1 м³/доб передбачають однокамерні септики, до 10 м³/доб – двокамерні і більше 10 м³/доб – трикамерні. Об'єм першої камери в двохкамерних септиках приймають рівним 0,75; в трьохкамерних – 0,5 розрахункового об'єму. В останньому випадку об'єм другої і третьої камер повинен складати по 6,25 розрахункового об'єму. В септиках з бетонних кілець всі камери можуть бути рівного об'єму. Мінімальні розміри септика: глибина (від рівня води) 1,3 м, ширина 1 м, довжина або діаметр 1 м. Максимальна глибина септика не більше 3,2 м.

Рисунок 2.7 –  Схема споруд підземної фільтрації;
1 - випуск з будинку; 2 - три камерний септик; 3 - дозуюча
камера з сифоном; 4 - розподільна камера; 5 - дрени

Піщано-гравійний фільтр представляв собою котлован, в якому укладена фільтруюча засипка. В залежності від числа шарів засипки фільтри бувають одно- і двохступеневі. В одноступеневих фільтрах використовують крупнозернистий пісок шаром 1…1,5м, в двохступеневих фільтрах перша ступінь загружається гравієм, коксом, гранульованим шлаком шаром І...І,5 м, друга - аналогічно одноступеневому фільтру.
Фільтруюча траншея – конструктивна різновидність піщано-гравійних фільтрів – представляє собою розосереджені і видовжені фільтри. Траншеї використовують в тих випадках, коли улаштування піщано-гравійних фільтрів не допускається внаслідок близького розміщення ґрунтових вод і неможливий їх відвід дренажною сіткою (змінний рельєф місцевості). Розрахункову довжину фільтруючих траншей приймають в залежності від витрат стічних вод і навантаження на зрошуючі труби, але не більше 300 м, ширину траншей по низу – не менше 0,5 м [11].
У фільтруючих траншеях в якості засипного матеріалу використовують крупно- і середньозернистий пісок та інші крупнозернисті матеріали з товщиною шару (між зрошуючою і дренажною трубою) 0,8...1 м. Для зрошуючих труб і відвідних дрен фільтрів і траншей використовують труби мінімального діаметру 100 мм, вкладаючи їх в гравійну (або з других крупнозернистих матеріалів) обсипку товщиною 5...20 см. Глибина закладання зрошуючи труб від поверхні землі повинна бути не менше 0,5 м. Відстань між паралельними зрошуючими трубами і між відвідними дренами в піщано-гравійних фільтрат 1...І,5 м. Нахил зрошуючих і дренажних труб у фільтрах і траншеях не менше 0,005.
Фільтруючі колодязі – призначені для очищення побутових стічних вод, які поступають від окремих будинків при розрахункових витратах не більше 1 м³/доб, після попередньої обробки в септику, їх застосовують в піщаних і супіщаних ґрунтах при відсутності полів підземної фільтрації і розташуванні основи колодязя не менше як на І м вище максимального рівня ґрунтових вод.
Фільтруючі колодязі проектують круглі по формі із залізобетонних кілець діаметром не більше 2 м, або ж прямокутні - з посилено обпаленої цегли чи бутового каміння розміром не більше 2 × 2 м в плані і 2,5 м глибиною. В середині колодязя роблять донний фільтр висотою до 1 м з гравію, щебеню, коксу та інших матеріалів. У зовнішніх стінок і основи колодязя роблять обсипку з тих же матеріалів. В стінках колодязя нижче підвідної труби свердлять отвори для випуску профільтрованої води.
Розрахункова фільтруюча площа поверхні колодязя визначається сумою площ дна і поверхні внутрішніх стінок колодязя на висоті фільтра. Навантаження на 1 м² площі фільтруючої поверхні в піщаних ґрунтах приймається 8 л/доб, а в супіщаних ґрунтах – 40 л/доб. При виконанні фільтруючих колодязів в середньо- і крупнозернистих пісках або при відстані між основою колодязя і рівнем ґрунтових вод більше 2м навантаження збільшується  на 10...20%. Для об'єктів сезонної дії навантаження також може бути збільшене на 20% [7].
Біологічні стави – штучно створені неглибокі водоймища, в яких відбувається біологічне очищення стічних вод на слабо фільтруючих ґрунтах, заснованого на процесах, протікаючих при самоочищенні водоймищ.
Біологічні стави як самостійні очисні споруди (а природною аерацією) використовуються при витратах стічних вод до 5000 м³/доб і  до 200 мг/л, а при штучній аерації – до 15000 м³/доб і  до 500 мг/л. Для доочищення, ставу з природною аерацією доцільно використовувати при витратах стічних вод до 10000 м³/доб і  до 25 мг/л, а стави а штучною аерацією - при будь яких витратах і  до 50 мг/д.
Форму біологічних ставів в плані визначають в залежності від аерації стічних вод. Прямокутну форму приймають при штучній, пневматичній чи механічній аерації. Співвідношення між довжиною і шириною ставу з природною аерацією повинно бути 20 : 1, в ставах з штучною аерацією – будь-яке, при цьому аеруючі пристрої повинні забезпечити рух води в будь-якій точці ставу з швидкістю не менше 0,05 м/с. Біологічні стави круглої форми проектують при використанні планетарних аераторів.
Гідравлічну глибину ставів з природною аерацією необхідно приймати рівною 0,5...1 м, а в ставах з штучною аерацією не повинна перевищувати 0,5, 1, 2 і З м відповідно при   > 100, > 40,   > 20 і ≤ 20 мг/л.
Біологічні стави повинні складатися не менше як з двох паралельно працюючих секцій, включаючих від двох до п’яти послідовно розташованих ступенів. Ефект очищення в кожному ступені необхідно приймати біля 50...60%.
Аеротенки – це прямокутні чи круглі в плані резервуари, в яких   очищувані стічні води, змішані з активним мулом, повільно рухаються і переміщуються. Очищення води тут відбувається за допомогою біохімічного окислення органічних речовин. В аеротенках вилучення і окислення органічних речовин здійснює активний мул, який складається із колоній аеробних мікроорганізмів. Для забезпечення мікроорганізмів киснем використовують безперервну штучну аерацію суміші стічних вод і активного мулу шляхом подачі в суміш стисненого – повітря, чи шляхом підсилення поверхневої аерації суміші. Після очищення воду направляють у вторинні відстійники. Відділену там частину активного мулу повертають в аеротенк.
Розрізняють аеротенки-змішувачі, аеротенки-витискувачі і аеротенки проміжного типу. В залежності від місцевих умов аеротенки проектують на повне, або часткове очищення. По технологічній схемі аеротенки бувають одноступеневі і двоступеневі аеротенки з регенераторами; по системах аерації – аеротенки з пневматичною аерацією і аеротенки з механічною аерацією (рис. 3.4).
Доцільність використання тієї чи іншої схеми очищення визначається складом стічних вод.
Одноступенева схема без регенераторів застосовується для очищення слабоконцентрованих побутових стічних вод.
Одноступеневу схему з регенераторами застосовують для очищення побутових стічних вод з підвищеними концентраціями забруднень, а також суміші побутових і виробничих стічних вод. При використанні такої схеми очищення проходить в дві стадії.

Рисунок 2.8 – Аеротенки з механічною (а) і  немеханічною аерацією (б): 1 – зона аерації; 2 – механічний аератор; 3 – відділення дегазування мулу;  
 4 – зона відстоювання
В аеротенку відбувається процес вилучення забруднень і окислення легкоокислюваних органічних речовин, в регенераторі – окислення трудноокислюваних органічних речовин і відновлення (регенерація) активності мулу. Концентрація мулу в регенераторі в 3...4 рази більша, як в аеротенку. Достойність цієї схеми заключається в можливості відновлення активності мулу в регенераторах  при порушенні його життєдіяльності або загибелі при залпових надходженнях стічних вод, вміщуючи токсичні речовини.
Аеротенки-змішувачі використовують для очищення висококонцентрованих виробничих стічних вод. Завдяки розосередженню подачі стічної води і активного мулу по довжині аеротенка вирівнюється швидкість споживання кисню і підвищується окислювальна потужність споруд.
Двоступеневу схему також застосовують для очищення висококонцентрованих виробничих стічних вод. В аеротенках першого ступеню завершується перша стадія очищення: сорбція органічних забруднень активним мулом ї окислення деякої частини задержаних забруднень. Неповністю очищена вода поступає в аеротенк другого ступеню, де відбувається остаточне очищення.
Ще більш досконалою схемою є двоступенева, схема з регенераторами. В таких аеротенках практично можна досягнути повного очищення стічних вод.
Аеротенки-витискувачі для очищення виробничих стічних вод застосовуються порівняно рідко із-за властивих їм недоліків. Вони погано сприймають залпові надходження забруднень, особливо якщо серед них є токсичні. Тоді можливе отруєння активного мулу, внаслідок чого робота аеротенка припиняється [7].

2.3 Фізико-хімічне очищення стічних вод

При механічному і неповному біологічному очищенні стічних вод у воді об’єкти скидається вода, вміщуючи ще значну кількість органічних забруднень. Навіть при повному біологічному очищенні неможливо добитися необхідного ступеню вилучення із стічних вод деяких органічних і неорганічних домішок. В зв’язку з цим для деяких видів виробничих стічних вод доцільно застосовувати хімічні чи фізико-хімічні методи очищення, з допомогою яких у водах можна знизити до необхідного рівня вміст органічних забруднень, завислих речовин, біогенних з’єднань, нафтопродуктів, барвників, поверхнево-активних речовин, солей важких металів тощо.
При хімічному  очищенні забруднення із стічних вод виділяються внаслідок реакцій між забрудненнями і введеними у воду реагентами, наприклад реакції, яка супроводжується утворенням з’єднань, осаду, і реакції, які супроводжується газовиділенням. Процесами хімічного очищення являються коагуляція, нейтралізація і хімічне окиснення, коли під дією озону окислюються органічні забруднення.
Найбільш поширені способи фізико-хімічного очищення стічних вод є: нейтралізація, сорбція, флотація, іонний обмін, електроліз.
Порівняно з традиційним біологічним очищенням різні схеми фізико-хімічного очищення мають ряд переваг:

  • дозволяють знизити капітальні затрати в 1,5…2,0 рази внаслідок виключення із комплексу очисних споруд аеротенків, вторинних відстійників або значного скорочення їх об’ємів;
  • забезпечують більш високий ступінь очищення від біоло­гічно неокислювальних чи важко окислювальних забруднень (нафтопро­дукти, солі важких металів, барвники тощо);
  • гарантують високу надійність очищення незалежно від температури і концентрації забруднень;
  • знижують енергоємність процесу очищення в 2,5...3,0 рази;
  • в 2..З рази скорочують площі земель для очисних споруд, що при визначених умовах може явитися основним доказом на кори­сть фізико хімічного очищення [8].

Нейтралізація – доведення  кислих чи лужних стічних вод до значень, дозволяючих скидання їх в міську каналізацію, на біологічне очищення чи у водоймища (=6,5…8,5), а також з метою запобігання корозії трубопроводів, каналізаційних споруд і різного обладнання, через які проходять ці води.
Найбільш розповсюджений спосіб нейтралізації – добавлення відповідних реагентів: вапна, соди, їдкого натрію, аміаку – при нейтралізації кислих стічних вод; сірчаної кислоти – при нейтралізації лужних вод.
Існує декілька способів нейтралізації виробничих стічних вод:

  • безпосереднє змішування кислих стоків з лужними перед спусканням їх в каналізаційні мережі;
  • використання активної лужності міських стічних вод чи водоймища;
  • добавлення реагенту в пропорціях, необхідних для нейтралізації;
  • фільтрація забруднених вод через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит);

Найбільш часто зустрічаються виробничі стічні води з підвищеною кислотністю. В складі цих вод можуть бути сильні кисло­ти (першої групи), кальцієві солі, які добре розчиняються у воді (); сильні кислоти (другої групи), кальцієві солі, які важко розчиняються у воді (), і слабі кислоти (– оцтова).
Нейтралізація сильних кислот першої групи супроводжується утворенням розчинних солей без осаду. Сильні кислоти другої гру­пи утворюють велику кількість нерозчинних солей (наприклад, Гіпс при нейтралізації сірчаної кислоти), які випадають в осад. Крім того, вони відкладаються на поверхні нейтралізуючо­го матеріалу і гальмують процес реакції [14].
Нейтралізацію з добавленням реагенту проводять тоді, коли змішування стоків і використання активної лужності водоймища не дають бажаних результатів, тобто стічна вода залишається кислою.
На рис. 4.1 показана схема нейтралізації стічних вод дво­ступеневим введенням реагентів. При цьому в перше відділення ка­мери нейтралізації подають основну дозу нейтралізуючого реаген­ту, а в другому відділенні здійснюють коректування .
Для видалення осаду необхідно передбачати відстійники в часом перебування в них стічних вод на протязі 2 г.

Рисунок 2.9 – Камера нейтралізації з двоступеневим введенням реагентів:
1 – подача з осередника; 2 –  3 – відділення камери нейтралізації; 4 – бак з розчином нейтралізуючого реагенту; 5 –  – мет­ри; 6 – подача на освітлення; 7 – видалення осаду

Коагулювання полягав в тому, що до стічної води-добавляють реагент (коагулянт), сприятливий для швидкого виділення із неї дрібних завислих та колоїдних речовин, які при простому відстоюванні або фільтрації не осідають.
Слід зазначити, що в технічній літературі колоїдні речовини (загальна назва системи) часто називають емульгованими. Це не зовсім точно. Емульговані – це виготовлені штучно або внаслідок технологічного процесу системи стійких і високодисперсних емуль­сій. Емульсія в дисперсною системою, яка складається з двох нерозчинних одна в одній рідин, тобто одна з них розміщується в іншій.
Колоїдні системи – це дисперсні системи, проміжні між істинними розчинами і грубо дисперсними системами, до яких належать стічні води. В них містяться завислі речовини, які близькі до грубо дисперсних систем, а також знаходяться емульсії [12].
Реагент добавляють звичайно перед подачею води у відстій­ники. Використовують такі реагенти: вапно, сульфат алюмінію, алюмінат натрію, сульфат заліза, хлорид заліза; деколи добавляють суміш цих реагентів. Вид застосовуваного реагенту і його доза залежать від складу оброблюваної води, необхідного ступеню очищення від забруднень та інших факторів. Для стічних вод деяких промислових підприємств і міських стічних вод рекомендуєть­ся застосовувати реагенти, приведені в табл. 4.3.
При введені в стічну воду мінеральних коагулянтів (солей алюмінію і заліза) внаслідок реакції гідролізу утворюються малорозчинні у воді гідроксиди заліза і алюмінію, які сорбують на розвинутій пластівчастій поверхні завислі дрібнодисперсні і ко­лоїдні речовини і при сприятливих гідродинамічних умовах осідають на дно відстійника, утворюючи осад:

;

;

.

Коагуляційний метод очищення застосовують при невеликих витратах стічних вод, при наявності дешевих коагулянтів, необхідності знебарвлення стоків і неповного їх очищення.
Для інтенсифікації процесів коагулювання і осадження утворюваних пластівців широко використовують органічні природні і синтетичні реагенти – високомолекулярні речовини, які називаються флокулянтами їх застосовують самостійно і в сполучен­ні з мінеральними коагулянтами. Найбільш розповсюджений катіонно-аніонний флокулянт – поліакриламід (ПАА).
На рис. 2.10 показана принципова схема установки очищення відпрацьованих водних мастильно-охолоджуючих рідин (МОР) методом коагуляції.


Рисунок  2.10 – Принципова схема установки очищення відпрацьованих водних мастильно-охолоджуючих рідин методом коагуляції:
1 – приймальна ємність; 2 – насос; 3–- змішувач; 4 – бак з сірчаною кислотою; 5 – бак для вапняного молока; 6 – бак для коагулянту; 7 – відстійник; 8 – реактор; 9 – відцентровий сепаратор; 10 – збірник масла;
11 – збірник шламу

Відпрацьована мастильно-охолоджуюча рідина поступає в прийомну ємність 1, в якій на протязі декількох годин відстоюється. Випливше масло зливається в ємність 10, осілий шлам – в збірник 11. Емульсія насосом 2 подається в змішувач 3, в якому МОР обробляється сірчаною кислотою, поступаючою з бака 4, до необхідної величини . З відцентрового сепаратора 9 відділена органічна фаза направляється в ємність 10, а частково очищена емульсія – в реактор 8. В реакторі рідина обробляється коагулянтом, дозованим з бака 6 і перемішується під дією барботованого струменю повітря. Потім розчин відстоюється. Органічна частина поступає у відстійник 7, а воднева фаза після нейтралізації вапняним молоком (до  7...8), дозованим з бака 5, поступає на повторне використання, чи скидається в каналізацію.
У відстійнику 7 здійснюється часткова регенерація коагулянту шляхом оброблення органічної фази сірчаною кислотою з бака 4. Органічна частина зливається в ємність 10, а розчин коагулянту відкачується в бак б. З ємності 10 органічна маса нап­равляється на утилізацію [11].
Сорбція – це процес поглинання твердим тілом чи рідиною речовини з навколишнього середовища. Поглинаюче тіло називають сорбентом, а поглинута ним речовина – сорбатом. Розрізнюють поглинання речовин всією масою рідкого сорбенту (абсорбція), поверхневим шаром твердого чи рідкого сорбенту (адсорбція), або ж вступання в хімічну взаємодію з нею (хемосорбція).
Для очищення виробничих стічних вод частіше всього вико­ристовують адсорбцію. Для цього до очищуваної стічної рідини добавляють сорбент (тверде тіло) в роздрібненому вигляді і змішують з стічною водою. Потім сорбент, насичений забрудненнями, відділяють від води відстоюванням чи фільтруванням. Частіше очищувану воду пропускають через фільтр, завантажений сорбентом [11].
В якості сорбентів застосовують різні штучні і природні пористі матеріали: золу, коксовий дріб'язок, торф, силікагелі, алюмогелі, активні глини тощо. Найбільш ефективним сорбентом являється активоване вугілля. Основними показниками сорбентів являються: пористість, структура пор, хімічний склад. Порис­тість активованого вугілля складає 60....73%, а питома площа поверхні - 40С ..900 м/г. Активність сорбенту характеризується кількістю поглинаючої речовини на одиницю об'єму чи маси сорбенту (кг/м3, кг/кг).
Найбільш простою спорудою являється насипний фільтр, у виг­ляді колони з нерухомим шаром сорбенту, через який фільтрується оброблювана стічна вода. Швидкість фільтрації залежить під кон­центрації розчинних у стічній воді речовин і коливається від І...2 до 5...б м/г; крупність зерен сорбенту складає від І,5...2 до 4...5 мм. Найбільш раціональне направлення фільтрування ріди­ни - знизу уверх, тому що в цьому разі спостерігається рівномір­не заповнення всього перерізу колони і відносно легко витискаю­ться бульбашки повітря і газів, які попадають в шар сорбенту разом із стічною водою.
Прикладом ефективного застосування сорбції може бути процес видалення із стічних вод нітропродуктів активованим вугіллям. Установка (рис. 4.3) складається з двох адсорбційних колон, працюючих поперемінно.
Активне вугілля марки КАД завантажене на підстилаючий шар з коксу, покладеного на дерев'яну решітку. Зверху вугілля теж покрите шаром коксу і закрите дерев'яною решіткою. Висота шару вугілля біля 5 м. Стічні води поступають в напірний бак і через регулятор потоку - в нижню частину однієї із колон.

Рисунок 2.11 – Схема установки для сорбції з води нітропродуктів активованим вугіллям:
1 - збірник стічних вод; 2 - подача стічної води; 3 - напірна ємність; 4 - регулятор швидкості напору; 5 - очищена вода; 6 - колона; 7 - подача охолоджуючої води; 8 - конденсатор; 9 - конденсат 10 - розчинник;
11 - збірник розчинника; 12 - збірник екстракту; 13 - екстракт на ректифікацію; 12 - різкий пар

Початкова концентрація нітропродуктів в стічних водах 100...400 мг/л після адсорбційної колоші знижується до 2...4 мг/л. Згодом концентрація на виході поступово збільшується і при досягненні 20 мг/л колону зупиняють на регенерацію. Регене­рацію вугілля проводять розчинниками з відгонкою слідів розчинника різким паром. Відпрацьований розчинник (екстракт) направляють на перегонку. Регенерований розчинник повертають в цикл очищення, а нітропродукти, що дуже цінно, знову використовують в основному технологічному процесі [11].

 

 


3  РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

3.1 Розрахунок необхідного ступеню очищення стічних вод по вмісту шкідливих речовин.

Визначити необхідний ступінь очищення стічних вод, якщо відомо: витрати вод річки  = 20 м3/с, в яку скидаються стічні води в кількості  = 0,4 м3/с; концентрація завислих речовин в стічних водах  250 мг/л; ділянка водоймища, в яке скидаються стічні води, відноситься до II категорії питного і культурно-побутового водокористування; концентрація завислих речовин в річці до спускання стічних вод С = 5 мг/л; коефіцієнт змішування  = 0,75.
1. Для даної ділянки водоймища допустиме збільшення вмісту завислих речовин Р = 0,75 мг/л.
2. Знаходимо гранично допустимий вміст завислих речовин в стічних водах
 мг/л.          (3.1)

3. Розраховуємо необхідний ступінь очищення стічних вод

.         (3.2)

 

3.2 Розрахунок типу і кількості решіток

 

Підібрати тип і кількість решіток для станції продуктивністю 40000 м3/доб.
Рішення
1. Знаходимо секундну витрату стічних вод

 м3/с.               (3.3)

2. По табл. 2.3 знаходимо коефіцієнт нерівномірності Кн=1,1 і визначаємо максимальну витрату стічних вод

 м3/с.                    (3.4)

3. Необхідна площа поперечного перерізу робочих решіток при рекомендованій швидкості руху води в просвітах решітки  м/с.
 м2.                          (3.5)

4. При двох робочих решітках (N = 2) площа поперечного перерізу кожної буде

 м2.                                (3.6)

5. Число просвітів решітки при їх ширині  м і глибині води перед решіткою  м

.                       (3.7)

6. Ширина решітки при товщині стержня  мм

 м.                   (3.8)

7. По одержаних розмірах підбираємо решітку типу МГ9Т: дві робочі і одну резервну.
8. Швидкість протікання води через просвіти решітки МГ9Т

 м/с.                   (3.9)

9. Втрата напору в решітці

 м. (3.10)

10. Загальний підпір в решітці рівний трикратній втраті напору (при забрудненнях)

 м.                               (3.11)

11. Згідно з [15] кількість відходів, які знімаються з решіток, при ширині просвітів 16...20 мм передбачається 8 л/рік /0,008 м3/рік/ на 1 людину. Прийнявши норму водовідведення  м3/доб /91,25 м3/рік/, можна знайти число жителів, яких зможуть обслуговувати дані решітки:

 жит.                      (3.12)

12. Кількість задержаних забруднень в рік становить

 м3/рік.                   (3.13)

або  м3/доб.                              (3.14)
13. При їх густині  кг/м3 маса

 кг/добу.                      (3.15)

При визначенні кількості задержаних забруднень, які утворились при митті автомобілів, необхідно знати середню кількість забруднень від одного автомобіля, кількість автомобілів, обслужуваних за добу, та продуктивність мийних машин [15].

3.3 Розрахунок осередника

 

Знайти об'єм і розміри в плані багатоканального осередника при залповому водоскиді стічних вод на протязі  г. Витрати стічних вод постійні: м3/г. Концентрація забруднень СМАКС – 450 мг/л; ССР = 85 мг/л. Допустима концентрація забруднень в умов робота наступних споруд Сдоп = 140 мг/л.
1. Знаходимо коефіцієнт усереднення

.    (3.16)

2. Розраховуємо об'єм осередника

 м3.                  (3.17)

3. Проектуємо прямокутний осередник з двома відділеннями  глибиною Н0 = 1,5 м. Площа кожного відділення буде:

 м2.                     (3.18)

4. В плані розміри споруд приймаємо  м. По ширині кожне відділення ділимо на 4 канали шириною В=2 м. Для усунення стратифікації в каналах установлюється по одному барботеру, тому що  < 2.

 

 

3.4 Розрахунок горизонтальної пісколовки

Дано: продуктивність очисної станції  м3/доб, швидкість руху стічних вод  м/с, коефіцієнт нерівномірності .
1. Секундні витрати на очисну станцію при секундах на добу .

 м3/с.                            (3.19)

2. Максимальні секундні витрати з урахуванням коефіцієнта нерівномірності

м3/с.                     (3.20)

3. Приймаємо 2 робочих відділення пісколовки. Площа перерізу кожного відділення

м2.                         (3.21)

4. Приймаємо переріз пісколовки:

 м;             м;                             м;             м

5. Довжина пісколовки при діаметрі частинок піску 0,2 мм і гідравлічній крупності 18,7 мм/с і коефіцієнті  (табл. 2.5).

 м.         (3.22)

Для підтримування постійної швидкості на вихідному каналі запроектуємо водозлив без донного виступу.

 

3.5 Розрахунок відстійника

Дано: витрати стічних вод  = 60000 м3/доб; коефіцієнт нерівномірності ; початкова концентрація Сн = 300 мг/л; ефективність освітлення  = 60%; розрахункова температура води 20° С, густина осаду 2,6 г/см3.
1. Задаємося діаметром відстійника  м, в якому висота відстоювання Н1 = 1 м.
2. При розрахунковій температурі стічної води 20° С коефіцієнт , а  (табл. 2.7).
3. Для забезпечення необхідного ефекту освітлення  тривалість освітлення  с при  (табл. 2.6), коефіцієнт .
4. Знаходимо гідравлічну крупність частинок зависі

 мм/с.               (3.23)

5. Продуктивність одного відстійника

 м3/г.    (3.24)
де  – діаметр впускного патрубка.

6. Знаходимо період обертів водорозподільного пристрою

 хв.     (3.25)

7. Знаходимо радіус розподільного лотка

 м.                (3.26)

8. Розраховуємо ширину розподільного лотка і висоту водозливу. Для зручності результати розрахунку зводимо в таблицю.

, м

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

, м

0,973

0,955

0,929

0,895

0,851

0,796

0,728

0,642

0,529

0,367

0,

, м

0,030

0,039

0,047

0,055

0,062

0,069

0,075

0,081

0,087

0,093

0,097

9. Розраховуємо кількість відстійників, необхідних для очищення стічних вод
.                         (3.27)

Встановлюємо 4 відстійники.      
10. Маса зловленого осаду
 - за добу

т/добу,                    (3.28)

за зміну  т/зміну

  • Проектуємо пристрій для згрібання і видалення осаду. Доцільно осад вивантажувати 1 раз в зміну.

3.6 Розрахунок поля фільтрації

Розрахувати поля фільтрації, які розміщуються в районі Вінниці, при слідуючих даних: середньодобові витрати стічних вод  м³/доб; середньорічна температура повітря 10,5 °С; середньорічна висота шару опадів 375 мм; шар зимових опадів мм; ґрунти на полях - пісок; рівень підземних вод знаходиться на глибині 2 м; тривалість заморожування  діб.
1. По таблиці 3.1 знаходимо навантаження стічних вод на поле фільтрації

 м³/га·доб.                                        (3.29)

2. Розраховуємо корисну площу полів фільтрації

 га.                           (3.30)
3. Так  як поля фільтрації розташовані в II кліматичному районі резервна площа полів фільтрації складає 20% корисної

га .                    (3.31)

4. Підраховуємо повну площу полів фільтрації

 га. (3.32)

5. Знаходимо необхідну для зимового наморожування площу

 га.    (3.33)

Площа для зимового наморожування менша повної площі полів фільтрації, отже, пропуск стічних вод в зимовий період забезпечується.
6. Приймаємо число карт полів фільтрації , тоді площа однієї карти     га. Розмір кожної карти 1000 × 400 м.


ВИСНОВКИ

Забруднення води відбувається внаслідок надходження у водойми з стічними водами різних шкідливих домішок неорганічної (кислоти, мінеральні солі, луги тощо) й органічної природи (нафта й нафтопродукти, органічні сполуки, поверхнево-активні речовини, миючі засоби, пестициди тощо). Кількість хімічних забруднювачів води постійно зростає. Серед біологічних забруднювачів перше місце посідають комунально-побутові стоки.
У роботі досліджено основні способи очищення стічних вод. При механічному очищенні із стічної води видаляються забруднення, які знаходяться в ній, головним чином, в нерозчинному і частково колоїдному стані. Великі частки сміття, ганчірки, напір, залишки овочів і фруктів та різні виробничі відходи задержуються решітками. Повне видалення із стічних вод органічних забруднень практично можливе тільки шляхом їх біологічного очищення, основаного на використанні життєдіяльності мікроорганізмів, окислючих органічні речовини, які знаходяться в стічних водах в колоїдному чи розчиненому станах. При механічному і неповному біологічному очищенні стічних вод у воді об’єкти скидається вода, вміщуючи ще значну кількість органічних забруднень. Навіть при повному біологічному очищенні неможливо добитися необхідного ступеню вилучення із стічних вод деяких органічних і неорганічних домішок. В зв’язку з цим для деяких видів виробничих стічних вод доцільно застосовувати хімічні чи фізико-хімічні методи очищення.
Проведено розрахунок необхідного ступеню очищення стічних вод по вмісту шкідливих речовин. При скиданні стічних води в кількості 0,4 м3/с з концентрацією завислих речовин в стічних водах 250 мг/л необхідний ступінь очищення стічних вод повинен бути не менше . Розраховано тип і кількість решіток для станції очищення стічних вод. Використано дві решітки типу МГ9Т. Розраховано об'єм і розміри багатоканального осередника при залповому водоскиді стічних вод. Використано споруду розміром 5,5х8 м, що дозволяє досягти допустиму концентрацію забруднень на виходів 140 мг/л при максимальній концентрації забруднень на вході 450 мг/л. Проведено розрахунок горизонтальної пісколовки для очисної станції продуктивністю 2500 м3/доб. Довжина пісколовки складає 22 м. Для підтримування постійної швидкості на вихідному каналі використано водозлив без донного виступу. Проведено розрахунок відстійника для стічних вод. При заданих вихідних даних продуктивності станції очищення 60000 м3/доб для досягнення необхідного ступеня очищення необхідно використати 4 відстійники діаметром 24 м, які дають біля 17,3 т осаду на добу.

 


ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

 

  • Алферова Л.А., Нечаєв А.П. Замкнутые системы водного хазяйства промышленных предприятий, комплексов и районов.  – М.:Стройиздат, 1984. – 272 с.
  • Белан А.Е. Технология водоснабжения. – К.: Наукова думка, 1985. – 263 с.
  • Беліченко Ю.П., Дражнер Б.М., Чередніченко В.М. Захист водних ресурсів. – К.: «Будівельник», 1990. – 94 с.
  • Белов С.В., Варбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. и др. Охрана окружающей среды. – М.: «Высшая школа», 1991. – 318 с.
  • Василенко Л.И., Василенко А.А. Проектирование канализации населенных мест. – К.: «Будівельник», 1985. – 135 с.
  • Білецький А.А. Організація і технологія будівельних робіт: навч. посіб. для студ. напряму "Водні ресурси" вищ. навч. закл.. — Рівне : НУВГП, 2007. — 202с.
  • Веселов Ю.С., Лавров И.С., Рукобратский Н.И. Водоочистное оборудование. – Л.: «Машиностроение», 1985. – 230 с.
  • Гребенюк В.Д. Электродиализ. – К.: «Техніка», 1976. – 160 с.
  • Дуганов Г.В., Лавриненко М.З. и др. Охрана окружающей природной среды. – К.: «Вища школа», 1988. – 304 с.
  • Журба М.Г. Очистка воды на зернистых фильтрах. – Львов: «Вища школа», 1980. – 195 с.
  •  Зацепин В.Н., Шигорин Г.П., Зацепина М.В. Канализация. – Л.: Стройиздат, 1976. – 272 с.
  • Калищун В.И. Основы водоснабжения и канализации. – М.: Стройиздат, 1977. – 206 с.
  • Кирилюк М.І. Водний баланс і якісний стан водних ресурсів Українських Карпат: Навч. посібник / Чернівецький національний ун-т ім. Юрія Федьковича. — Чернівці : Рута, 2008. — 246с.
  • Костюк В.И., Карнаух Г.С. Очистка сточных вод машиностроительных предприятий. – К.: «Техника», 1990. – 120с.
  • Лантев И.П. Теоретические основы охраны природы. – Томск: Унивнрситет, 1975. – 275 с.
  • Ласков Ю.М., Воронов Ю.В., Калицун В.И. Примеры расчета канализационных сооружений. – М.: Стройиздат, 1987. – 275 с.
  • Луценко Г.А., Цветкова А.И., Свердлов И.Ш. Физико-химическая очистка городских сточных вод. – М.: Стройиздат, 1984. – 88 с.
  • Мацнев А.И. Водоотведение на промышленных предприятиях. – Львов: «Вища школа», 1986. – 198 с.

Скачати

Види навчальних матеріалів: 
Оцінка: 
0
No votes yet